天然氣增壓站經(jīng)濟優(yōu)化：壓縮機運行

黃敦翔（大慶油田有限責任公司天然氣分公司徐深9天然氣凈化處理廠，黑龍江 大慶 163000）

天然氣增壓站經(jīng)濟優(yōu)化：壓縮機運行

黃敦翔（大慶油田有限責任公司天然氣分公司徐深9天然氣凈化處理廠，黑龍江 大慶 163000）

本文主要對天然氣增壓站內(nèi)的離心式壓縮機的運行原理和控制方式進行了深入的分析，并且在此基礎上，重點對壓縮機與管道系統(tǒng)的運行情況與壓縮機的控制之間的聯(lián)系進行了深入探究，同時分析了不同布置方式的壓縮機組的工作效率差異，為天然氣增壓站內(nèi)壓縮機的實際生產(chǎn)運營提供了較為豐富的理論基礎和實踐經(jīng)驗。

天然氣；增壓站；經(jīng)濟優(yōu)化；壓縮機

1 壓縮機的運行機理

在天然氣增壓站的日常運營過程中，增壓站內(nèi)壓縮機的具體布置以及設備的選型都與壓縮機受到的壓力及其流量有很大的關系。在站內(nèi)壓縮機的布置方式上，究竟是選擇并聯(lián)布置還是串聯(lián)布置，主要取決于壓縮機的穩(wěn)態(tài)氣動性能、瞬時功率以及采取何種備用方案和潛在的輸量增長能力等因素，同時燃料氣的消耗與排放也受到驅動機的滿負荷功率、部分負荷功耗等因素影響，而壓縮機排放的溫室氣體量也與其整體運行效率密切相關。

壓縮機不僅會影響系統(tǒng)中的單個壓氣站，同時也會影響整個管道系統(tǒng)和備用機組。在管道系統(tǒng)中的壓縮機組的數(shù)量對系統(tǒng)的利用率、燃料的消耗量以及系統(tǒng)的工作效率都有很大的影響。在實際運行過程中，針對不同的荷載分布采取不同數(shù)量的壓縮機組。

壓縮機組的運行點是由驅動機的功率、壓縮機組的工作特性和整個系統(tǒng)的整體運行系統(tǒng)綜合決定的。在壓縮機的運行過程中，其控制方式主要有變轉速控制、入口的導葉控制、出口或者入口的節(jié)流控制以及回流控制等方式。

在變轉速控制方式可行的前提下，一般優(yōu)先選擇這種方式作為壓縮機的控制方式，且常常通過打回流的方式來擴大調(diào)節(jié)的范圍。在進站的流量低于最低流量的情況下，就需要采取打回流的方式進行輔助控制。

壓縮機的實際運行點是由壓縮機系統(tǒng)的壓力比與流量的關系決定的。在制冷系統(tǒng)中，壓縮機上游的分離器壓力決定其進口的壓力，另外壓縮機的出口壓力要與管道背壓相適應。

在管道系統(tǒng)中，驅動機的輸出功率決定了壓縮機的工作點，對燃氣輪機來說，管道系統(tǒng)的工作特性和燃氣發(fā)生器的轉速決定了其輸出功率的大小。如果需要增加管道的運輸量，就需要采用更大輸出功率和壓縮機的壓頭。

壓縮機的運行條件常隨著時間的改變而改變，其主要原因是隨著氣體的壓力降低、管道系統(tǒng)形成了并聯(lián)的回路以及管道輸送能力的提升等。當另一條并聯(lián)的管道建設好以后，管道系統(tǒng)的工作特性就會改變，從而可以實現(xiàn)在保持壓頭不變的前提下使管道的運輸能力提高。

因此，變轉速的驅動機能夠使壓縮機在一個比較大的范圍內(nèi)運行。如果需要采用定轉速的驅動機，就要采取打回流的方式、在出口或者入口進行節(jié)流等方式來應對工況的實時變化。在進行節(jié)流時，由于這些方式不是很節(jié)能，在節(jié)流時需要使用比實際運行所需壓頭更大的壓頭，因而消耗了更多的能量。

2 壓縮機的備機要求和運行的靈活性

在壓縮機的實際運行過程中，需要對在不同方案下運行的機組的靈活性進行分析，研究機組在每個季度、每個月、每天、每小時的用氣需求變化，并且結合當?shù)氐臍夂颦h(huán)境分析燃氣輪機的實際輸出功率[1]。在不同的工況條件下，都需要克服由于轉速限制而導致壓縮機的運行狀態(tài)的改變。因此，在極端低溫環(huán)境下，燃氣輪機需要克服的限制就越大。

在機組的運行過程中，可以從不同的層面去解決機組的靈活性，如可以使驅動機以及壓縮機在較大的工作范圍內(nèi)運行，也可以使用多臺小型機組去代替一臺大型機組，同時還可以改變機組的布置方式，可將串聯(lián)布置改為并聯(lián)布置。

在油氣行業(yè)的中上游產(chǎn)業(yè)鏈中，常常需要在較大范圍的運行工作點讓機組運行，因此，機組的運行點有可能會隨著時間的變化而發(fā)生變動。而在其他工況條件下，在儲氣或者采氣等工況條件下，機組的運行點就主要受發(fā)動機的最大功率限制。在儲氣工況中，由于需要在盡可能短的時間內(nèi)把儲氣庫注滿，因此需要讓發(fā)動機全速運行，針對這種工況，可以先讓兩臺機組并聯(lián)運行，在后期再讓讓兩臺機組串聯(lián)運行。

壓縮機組在運行過程中由于各種故障導致停機會導致比較慘重的經(jīng)濟損失，因此在實際的機組配置中，需要考慮增加備用機組，可在每一個壓氣站里均配備一套備用機組，也可只在其中的某幾個站點配備。在整個管道系統(tǒng)中，一臺或者幾臺機組的停工不會立即對總產(chǎn)氣量產(chǎn)生顯著影響。因此，在需要對壓縮機組進行維護時，應當盡量選擇在產(chǎn)氣量需求較低時進行。

如果壓氣站內(nèi)沒有備用機組或者兩臺機組同時運行時，這時就需要將兩臺機組串聯(lián)運行，因為這樣的布置方式效率會更高。當一臺機組失效停工后，就需要把防喘閥打開，然后另一臺機組就可繼續(xù)正常運行，這樣的布置方式比并聯(lián)布置可保持更高的流量。如果壓氣站內(nèi)有多臺機組串聯(lián)或者并聯(lián)運行時，可以通過對站與站之間或者機組與機組之間的負荷進行重新分配，從而達到優(yōu)化的效果。

一般來說，負荷不變的情況下，壓縮機的工作效率越高，其功耗也就越低，其根本原因是不同工作效率的壓縮機，其工作時的機械損失基本相同，效率越高，壓縮機在單位工作時間的能耗自然也就越低。

3 結語

綜上所述，本文主要對離心式壓縮機的運行原理和控制方式進行了深入的分析，在此基礎上，重點對壓縮機與管道系統(tǒng)的運行情況與壓縮機的控制之間的聯(lián)系進行了深入探究，同時分析了不同布置方式壓縮機組的工作效率差異，為天然氣增壓站內(nèi)壓縮機的實際生產(chǎn)運營提供了較為豐富的理論基礎和實踐經(jīng)驗。

[1]Rainer Kurz,Matt Lubomirsky.天然氣增壓站經(jīng)濟優(yōu)化:成本影響因素[J].天然氣與石油,2015,33(1):25-31.